[发明专利]针对航空电子系统中端系统之间的交换式网络流量监测方法

权利要求书

1.一种针对航空电子系统中端系统之间的交换式网络流量监测方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一：获取干扰流量集；

步骤1－1：获取对流量产生干扰的干扰流量；

根据交换式网络中配置的静态路由表，获取与流量共享其流量路径P₀上至少存在有一个输出端口的干扰流量集In＝{τ₁,τ₂,…,τ_m,…,τ_L}；

τ₁表示第1条干扰流量；

τ₂表示第2条干扰流量；

τ_m表示第m条干扰流量；

τ_L表示最后一条干扰流量；

步骤1－2：获取对流量产生干扰的干扰流量的参数；

流量的流量周期为T₀，其干扰流量集In＝{τ₁,τ₂,…,τ_m,…,τ_L}中干扰流量的周期集为T＝{T₁,T₂,…,T_m,…,T_L}；

T₁表示第1条干扰流量周期；

T₂表示第2条干扰流量周期；

T_m表示第m条干扰流量周期；

T_L表示第L条干扰流量周期；

步骤二：获取流量在目的节点的端到端延迟信号；

步骤2－1：采集流量在目的节点的端到端延迟信号；

流量的端到端的时延经采集后为一离散序列，记为

t表示传输时间；

n表示采样周期的个数；

T₀表示流量的流量周期；

P₀表示流量的流量路径；

步骤2－2：计算流量的端到端延迟信号的周期；

所述的周期记为且

为干扰流量周期T₁和流量周期T₀的最小公倍数；

为干扰流量周期T₂和流量周期T₀的最小公倍数；

为干扰流量周期T_m和流量周期T₀的最小公倍数；

为干扰流量周期T_L和流量周期T₀的最小公倍数；

步骤三：对流量的端到端延迟信号进行傅里叶变换；

步骤3－1：截取流量的端到端延迟序列；

从中选取出整数倍周期的时延，记入中；

A表示整数倍周期的个数；

将整数倍A个周期的端到端信号离散序列，记为且

rect表示矩形窗函数；

n表示采样周期的个数；

n₀表示矩形窗的中心；

Q表示矩形窗的长度；

步骤3－2：进行傅里叶变换；

对进行傅里叶变换后端到端延迟信号的频谱幅值序列，记为V，且V＝[α₁ α₂… α_v … α_Q]，所述V＝[α₁ α₂ … α_v … α_Q]对应的点数序列，记为q，且q＝[1 2 … v …Q]；

v为离散采样点的标识号；

α₁表示第1个频谱幅值；

α₂表示第2个频谱幅值；

α_v表示第v个频谱幅值；

α_Q表示第Q个频谱幅值；

步骤四：构建真实的频谱信号；

步骤4－1：完成点数至频率的映射；

由于的采样频率为且采样点数为Q；

对进行傅里叶变换后，点数序列q＝[1 2 … v … Q]对应的真实频率序列，记为f_真，且

表示第1个离散采样点对应的频率值，且

表示第2个离散采样点对应的频率值，且

表示第v个离散采样点对应的频率值，且

表示第Q个离散采样点对应的频率值，且

步骤4－2：完成点数至频谱幅值的映射；

对进行傅里叶变换后，点数序列q＝[1 2 … v … Q]对应的真实频谱序列，记为U_真，且

ξ₁表示第1个离散采样点处的真实频谱幅值，且

ξ₂表示第2个离散采样点处的真实频谱幅值，且

ξ_v表示第v个离散采样点处的真实频谱幅值，且

ξ_Q表示第Q个离散采样点处的真实频谱幅值，且

步骤4－3：完成频率与频谱幅值的对应；

经傅里叶变换后的真实频率序列和真实频谱幅值序列分别为：

则有：在频率0Hz处对应的频谱幅值为

在频率处对应的频谱幅值为

在频率处对应的频谱幅值为

在频率处对应的频谱幅值为

步骤五：进行频谱寻峰；

步骤5－1：设置筛选阈值；

设置筛选阈值G＝mean(abs(U_真))，其中mean()表示取平均，abs()表示取绝对值；

步骤5－2：构建筛选矩阵；

构建Q×Q维的对角筛选矩阵

ε₁₁为矩阵中第1行第1列的筛选点；

ε₂₂为矩阵中第2行第2列的筛选点；

ε_vv为矩阵中第v行第v列的筛选点；

ε_QQ为矩阵中第Q行第Q列的筛选点；

若流量的频谱信号U_真中ξ_v≥G，则令矩阵中ε_vv值为1；

若流量的频谱信号U_真中ξ_v＜G，则令矩阵中ε_vv值为0；

即得到由0和1组成的筛选矩阵

步骤5－3：对频谱信号进行滤波；

利用对角筛选矩阵对频谱幅值序列U_真进行滤波，得到滤波后的信号，记为γ，且

从滤波后的信号γ中选取出不为0的元素，记为γ_非；并记录下γ不为0的元素的位置，位置标记记为η＝[λ₁ λ₂ … λ_i … λ_j]；且下角标i表示峰值的标识，为频谱幅值序列U_真中大于筛选值G的峰值数目，即为频谱峰值的总个数；

λ₁表示第1个峰值在γ中的位置，λ₁∈{1,2,…Q}；

λ₂表示第2个峰值在γ中的位置，λ₂∈{1,2,…Q}；

λ_i表示第i个峰值在γ中的位置，λ_i∈{1,2,…Q}；

λ_j表示第j个峰值在γ中的位置，λ_j∈{1,2,…Q}；

步骤5－4：构建峰值矩阵和峰值频率矩阵；

从频谱幅值序列U_真＝[ξ₁ ξ₂ … ξ_v … ξ_Q]中提取峰值位置矩阵η＝[λ₁ λ₂ … λ_i …λ_j]中的每一元素对应的频谱幅值，记入峰值矩阵

表示第1个峰值对应的频谱幅值；

表示第2个峰值对应的频谱幅值；

表示第i个峰值对应的频谱幅值；

表示第j个峰值对应的频谱幅值；

从频率序列提取峰值位置矩阵η＝[λ₁ λ₂ … λ_i … λ_j]中的每一元素对应的频率，记入峰值频率矩阵

表示第1个峰值对应的频率；

表示第2个峰值对应的频率；

表示第i个峰值对应的频率；

表示第j个峰值对应的频率；

步骤六：质心法求取频谱中心；

步骤6－1：构建峰值窗矩阵；

从频谱幅值序列U_真＝[ξ₁ ξ₂ … ξ_v … ξ_Q]中提取峰值位置矩阵η＝[λ₁ λ₂ … λ_i …λ_j]中的每一元素及以该元素为中心的一定长度峰值窗内元素对应的频谱幅值，则峰值窗矩阵mv可表示为：

其中S表示峰值窗的长度，j为频谱峰值的总个数，因此峰值窗矩阵mv是S行j列的二维矩阵；

在矩阵mv中的任一元素记为ξ_d，其中下角标d的取值分别是：

或者

或者

或者

若下标d＜1或d＞Q，则令ξ_d＝0；

为峰值窗矩阵mv的第1个列向量，且

为峰值窗矩阵mv的第2个列向量，且

为峰值窗矩阵mv的第i个列向量，且

为峰值窗矩阵mv的第j个列向量，且

步骤6－2：构建频率窗矩阵；

从频率序列提取峰值位置矩阵η＝[λ₁ λ₂ … λ_i … λ_j]中的每一元素及以该元素为中心的一定长度频率窗内元素对应的频率值，则频率窗函数mθ可表示为：

其中S表示频率窗的长度，j为频谱峰值的总个数，因此频率窗矩阵mv是S行j列的二维矩阵；

在矩阵mθ中的任一元素记为其中下角标b的取值分别是：

或者

或者

或者

若下标b＜1或b＞Q，则令

ο₁为频率窗函数mθ的第1个列向量，且

ο₂为频率窗函数mθ的第2个列向量，且

ο_i为频率窗函数mθ的第i个列向量，且

ο_j为频率窗函数mθ的第j个列向量，且

步骤6－3：计算峰值频率中心；

频谱各峰值对应的频率中心为σ＝[ι₁ ι₂ … ι_i … ι_j]；

其中，ι₁为第一个峰值对应的频率中心，且

ι₂为第2个峰值对应的频率中心，且

ι_i为第i个峰值对应的频率中心，且

ι_j为第j个峰值对应的频率中心，且

对应的频谱峰值为

上角标T表示坐标转置；

步骤七：构建新的峰值频率矩阵和峰值矩阵；

步骤7－1：构建新的峰值频率矩阵；

从频谱各峰值对应的频率中心σ＝[ι₁ ι₂ … ι_i … ι_j]中去除第一个元素ι₁，得到不含ι₁的峰值频率矩阵其中j－1为中的峰值频率的数目；

表示频谱中第2个峰值所对应的中心频率，且

表示频谱中第3个峰值所对应的中心频率，且

表示频谱中第i个峰值所对应的中心频率，且

表示频谱中第j个峰值所对应的中心频率，且

步骤7－2：构建新的峰值矩阵；

从频谱峰值矩阵中去除第一个元素得到不含有的频谱峰值矩阵其中j－1为中的峰值数目；

表示频谱中第2个峰值，且

表示频谱中第3个峰值，且

表示频谱中第i个峰值，且

表示频谱中第j个峰值，且

步骤八：计算干扰信号的频率和干扰值；

步骤8－1：构建干扰频率矩阵和干扰峰值矩阵；

最大干扰频率记为freq_max，最大干扰峰值记为value_max，干扰值记为ifr，干扰频率和干扰峰值的迭代次数记为R，干扰值的迭代次数记为Z；

步骤8－1A：初始化freq_max＝0，value_max＝0，R＝1后，执行步骤8－1B；

步骤8－1B：判断中的第R个元素是否大于value_max；

若执行步骤8－1C；

若执行步骤8－1D；

步骤8－1C：将中的第R个元素记入干扰频率矩阵σ_干扰；

将中的第R个元素记入干扰峰值矩阵χ_干扰；

并设置执行步骤8－1D；

步骤8－1D：判断R是否小于j－1，其中j－1是中元素的个数；

若Rj－1，执行步骤8－1E；

若R≥j－1，执行步骤8－2；

步骤8－1E：重复执行步骤8－1B至步骤8－1D，直至完成迭代次数R，记录下干扰频率矩阵和干扰峰值矩阵；

则干扰频率矩阵共有h个干扰频率；

则干扰峰值矩阵共有h个干扰峰值；

步骤8－2：计算干扰值；

步骤8－2A：初始化ifr＝0，Z＝1后，执行步骤8－2B；

步骤8－2B：计算将其记入干扰幅值矩阵χ_幅值；

并设置执行步骤8－2C；

步骤8－2C：判断Z是否小于h，其中h是χ_干扰中元素的个数；

若Z＜h，执行步骤8－2D；

若Z≥h，执行步骤九；

步骤8－2D：重复执行步骤8－2B至步骤8－2C，直至完成迭代次数Z，记录下干扰幅值矩阵；

则干扰幅值矩阵共有h个干扰幅值；

步骤九：完成流量监测；

流量监测迭代次数记为F；

步骤9－1：获取干扰信号的频率和干扰值；

获取计算得到的干扰信号的频率为对应的干扰值为

其中，干扰频率矩阵σ_干扰中的第1个干扰频率干扰值为

其中，干扰频率矩阵σ_干扰中的第2个干扰频率干扰值为

其中，干扰频率矩阵σ_干扰中的第a个干扰频率干扰值为

其中，干扰频率矩阵σ_干扰中的第h个干扰频率干扰值为

步骤9－2：进行流量监测；

步骤9－2A：初始化F＝1后，设置干扰阈值为

步骤9－2B：判断χ_幅值中的第F个元素是否大于干扰阈值

若执行步骤9－2C；

若执行步骤9－2D；

步骤9－2C：将干扰频率矩阵σ_干扰中的第F个元素所对应的流量记入监测流量矩阵In_监测，执行步骤9－2D；

步骤9－2D：判断F是否小于h，其中h是χ_幅值中元素的个数；

若Fh，执行步骤9－2E；

若F≥h，执行步骤9－3；

步骤9－2E：重复执行步骤9－2B至步骤8－2D，直至完成迭代次数F，记录下监测流量矩阵；

则监测流量矩阵

步骤9－3：完成流量监测；

对监测流量矩阵中的监测干扰流量可以减小该干扰流量的帧长或者更改其路径、机载网络设备集以降低

流量沿其流量路径P₀上的源端系统和交换机的机载网络设备，记为简称为流量的机载网络设备集；

监测干扰流量沿其流量路径P_e上的源端系统和交换机的机载网络设备，记为

所述为与的重叠路径的数目。